(57)【要約】【課題】加工主軸を有する移動体の鉛直方向の位置決め送りにリニアモータを用い、その反作用相殺にカウンタリニアモータを組み込んだ送り装置では、カウンタ移動体をカウンタウェイトとして機能させるために滑車に掛け渡した索条の両端に移動体とカウンタ移動体を連結し、夫々のリニアモータをフィードバックによる位置制御により作動させるようにすると、連結索条がばねとして作用し、お互いのフィードバック制御系に振動的な作用を及ぼし振動が発生していた。【解決手段】カウンタリニアモータの駆動制御回路をオープンループとし、移動体駆動のリニアモータ駆動回路の速度制御部が出力する電流指令を検出して電流指令変化率を逐次計算する計算部と、求めた電流指令変化率をトルク信号に変換して電流制御部に電流指令を与える変換制御部と、カウンタモータに電流指令に応じた電流を供給してトルクを生じさせるサーボアンプを設ける。【選択図】図１
2005007517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台または基台に取り付けた機枠に対し鉛直方向の一軸に沿って往復移動可能に取り付けられた加工ヘッドまたは加工主軸を有する第１の移動体と、該第１の移動体を前記一軸に沿って往復移動させるリニアモータと、該リニアモータによる送りを、制御装置からの位置指令と位置検出装置からのフィードバック検出位置情報とにより前記一軸方向の位置決め送りとする送り制御回路と、前記第１の移動体の移動軸と平行に前記基台または機枠に設けたカウンタ軸に沿って往復移動可能に取り付けられたカウンタ移動体と、該カウンタ移動体をカウンタ軸に沿って往復移動させるカウンタリニアモータと、該カウンタリニアモータによるカウンタ移動体の送りを前記第１の移動体の送りに同期した逆向きの送りとするカウンタ駆動制御回路と、前記カウンタ移動体を第１の移動体に対してカウンタバランサとして機能させるよう両者を両端に連結した金属ベルトと、該金属ベルトを掛け渡した前記基台または機枠に取り付けた滑車とを備え、
前記第１の移動体を駆動するリニアモータの送り制御回路が制御装置からの位置指令と移動体の位置検出装置からの検出位置にフィードバック信号とを、位置制御部と速度制御部と電流制御部とにより処理して前記リニアモータに駆動電流を供給し、位置決め移動させる制御回路であって、
前記カウンタ移動体を駆動するカウンタリニアモータの駆動制御回路が、電流指令変化率計算部とトルク変換制御部と電流制御部とを備え、前記電流指令変化率計算部が前記速度制御部からサンプリンタイム毎に順次に出力する電流指令を逐次計算することにより求められ、該求めた電流指令変化率をトルク変換して電流制御部に電流指令を与えて駆動電流を出力し、前記カウンタリニアモータのトルク制御をすることを特徴とする精密加工装置の送り装置。
【請求項２】
基台または基台に取り付けた機枠に対し鉛直方向の一軸に沿って往復移動可能に取り付けられた加工ヘッドまたは加工主軸を有する第１の移動体と、該第１の移動体を前記一軸に沿って往復移動させるリニアモータと、該リニアモータによる送りを、制御装置からの位置指令と位置検出装置からのフィードバック検出位置情報とにより前記一軸方向の位置決め送りとする送り制御回路と、前記第１の移動体の移動軸と平行に前記基台または機枠に設けたカウンタ軸に沿って往復移動可能に取り付けられたカウンタ移動体と、該カウンタ移動体をカウンタ軸に沿って往復移動させるカウンタリニアモータと、該カウンタリニアモータによるカウンタ移動体の送りを前記第１の移動体の送りに同期した逆向きの送りとするカウンタ駆動制御回路と、前記カウンタ移動体を第１の移動体に対してカウンタバランサとして機能させるよう両者を両端に連結した金属ベルトと、該金属ベルトを掛け渡した前記基台または機枠に取り付けた滑車とを備え、
前記第１の移動体を駆動するリニアモータの送り制御回路が、制御装置からの位置指令と位置検出装置からのフィードバック位置信号とから得られる位置偏差により演算して速度指令を出力する位置制御部と、
前記速度指令と前記フィードバック位置信号からの速度信号とにより得られる速度偏差により演算して電流指令を出力する速度制御部と、前記電流指令により演算してリニアモータにサーボアンプから駆動電流を出力させる電流制御部とを有し、
さらに、前記カウンタ移動体を駆動するカウンタリニアモータの駆動制御回路が、前記速度制御部からサーボ制御の１ループの処理を繰り返すサンプリングタイム毎に出力する電流指令を遂次演算して電流指令変化率を出力する電流変化率計算部と、該電流指令変化率を前記第１の移動体とカウンタ移動体間の重量比で補償する重量比補償部と、該重量比補償された電流指令変化率信号により演算して電流指令を出力するトルク変換制御部と、該出力電流指令により演算してカウンタリニアモータにサーボアンプからトルク制御の駆動電流を出力させる電流制御部を有することを特徴とする精密加工装置の送り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマニシングセンタなどの工作機械の加工主軸のＺ軸送りや形彫り放電加工機の下端に加工電極を取り付けたクイルのＺ軸送り装置に係り、特に前記工作機械や形彫り放電加工機などの加工装置として、卓上型などのように小形で、精密級の加工装置などに適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の加工主軸や放電加工機のクイルのＺ軸送りに各種のリニアモータを使用すること、そしてその送り装置の構成として直線案内によって移動軸方向に案内保持された加工主軸やクイルを、一対のリニアモータの背向取り付け配置により、磁気吸引または磁気反撥キャンセル形として直進性良く高速で移動させ得ること、そして、更に、前記加工主軸やクイルを高応答で、バランス良く移動させ得るように気体圧が精密に制御されたエアシリンダによって加工主軸やクイルを支承させる構成とすることが知られている（例えば、特許文献１、及び特許文献２参照。）。
【０００３】
このようにリニアモータを用いる送り機構により移動体を１Ｇ前後またはそれ以上の高加速度で駆動すると、前記移動体が加工主軸やクイルの如き鉛直なＺ軸送りの場合に限らず、水平方向の軸送りの場合にも、リニアモータの発生推力の反作用がモータ固定子に作用し、加工ヘッドやコラム及びベッド等を加振し、装置全体が振動することになるから、これを防止するため、重量バランスのカウンタウェイトとして、滑車に掛け渡したベルト等により連結した加工主軸やクイルなどの移動体と等価のマスをカウンタ移動体とし、該カウンタ移動体を駆動するカウンタ用リニアモータを設け、該カウンタ移動体を加工主軸などの移動体と同期させて逆向きに駆動して移動させることにより、両者の移動体駆動により発生する反作用を相殺させることが知られている（例えば、特許文献３、または特許文献４参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−２６２７２７号公報
【特許文献２】特開２０００−２２５５２６号公報
【特許文献３】特開２０００−３５２５９２号公報
【特許文献４】特開２００１−０１５５７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述等の従来の斯種装置では、例えば、前述特許文献３に記載のものは、先ずＸリニアモータ５０によって駆動されるウエハ等を保持するＸステージ３０には、前記リニアモータ５０による駆動に対して防振機構が設けられてない点で問題がある。そして、前記Ｘステージ３０を保持するＹステージ２０に対する一対のリニアモータ４０による鉛直方向の駆動に対しては、Ｙステージ２０全体とバランスするカウンタマス機構６０を、滑車６３に掛け渡した金属べルト６２に連結して設けると共に之等を鉛直に駆動する一対のリニアモータ８０を設け、Ｙステージ２０をリニアモータ４０によって位置決め駆動をするとき、カウンタマス６１を前記リニアモータ８０によってＹステージ２０と鉛直方向逆向きに同時に駆動することにより、前記Ｙステージ駆動の反力を相殺して防振し位置決め精度及び位置決め速度が向上すると主張している。
【０００６】
しかしながら、上述のＸステージ３０を保持するＹステージ２０駆動に対する防振機構では、Ｙステージ駆動が位置制御である場合、Ｙステージ２０とカウンタマス６１とを連結した金属ベルト６２が剛体でなくばねとして作用し、Ｙステージとカウンタマス機構の各駆動装置のお互いのフィードバック制御系に振動的な作用を及ぼし、夫々のモータのゲイン（電気的な剛性）が上がらず、モータの性能を生かしきれず、振動が発生し、目的は達成されないものであった。
【０００７】
また、この特許文献３には、Ｙステージ２０の駆動を制御装置からの位置指令と位置センサ３０Ｃからのフィードバック位置情報とに基づいてＹ軸リニアモータ４０及び滑車６３の回転モータ６３Ｃを制御して位置制御するのに対し、カウンタマス６１の駆動を、前記位置指令を２回微分してＫｐおよびＫｐ変換された加速度指令値としてカウンタマス６１のリニアモータ８０および滑車６３の回転モータ６３Ｃを同期的に制御する簡単な構成で、振動の発生が防止できると述べているが、確たることは判然としない。
【０００８】
よって本発明は、加工ヘッドや加工主軸を保持するＺ軸機枠に対するリニアモータによる鉛直方向の駆動に対し、前記Ｚ軸機枠全体とバランスするバランスウェイトを、プーリに掛け渡した金属ベルトに連結して設けると共に該バランスウェイトを鉛直方向逆向きに駆動するカウンタリニアモータを設け、前記Ｚ軸機枠側のリニアモータを制御装置からの位置指令と位置センサからのフィードバック位置情報とにより駆動して位置制御するとき、前記バランスウェイトを駆動するカウンタリニアモータを制御することにより、前記Ｚ軸機枠側のリニアモータ駆動による発生反力を確実に相殺し、前記バランスウェイトがカウンタバランスとして機能した状態で、リニアモータによって駆動されるＺ軸機枠とこれにつながるバランスウェイト移動体に振動生ぜしめることなく、精密位置決めが迅速に行なえるようにすることを目的とする。
【０００９】
なおここで、本発明において用いられるリニアモータ駆動による移動体の振動発生を防止した送り機構の構成の大要、即ち、基台または基台に取り付けた機枠に対し鉛直方向の一軸に沿って往復移動可能に取り付けられた加工ヘッドまたは加工主軸を有する第１の移動体と、該第１の移動体を前記一軸に沿って往復移動させるリニアモータと、該リニアモータによる送りを、制御装置からの位置指令と位置検出装置からのフィードバック検出位置情報とにより前記一軸方向の位置決め送りとする送り制御回路と、前記第１の移動体の移動軸と平行に前記基台または機枠に設けたカウンタ軸に沿って往復移動可能に取り付けられたカウンタ移動体と、該カウンタ移動体をカウンタ軸に沿って往復移動させるカウンタリニアモータと、該カウンタリニアモータによるカウンタ移動体の送りを前記第１の移動体の送りに同期した逆向きの送りとするカウンタ駆動制御回路と、前記カウンタ移動体を第１の移動体に対してカウンタバランサとして機能させるよう両者を両端に連結した金属ベルトと、該金属ベルトを掛け渡した前記基台または機枠に取り付けた滑車とを備えた具体例を図２乃至６を参照して説明しておくこととする。
【００１０】
この図２乃至図６に示すリニアモータの全てが、１次側の励磁コイルが積層珪素鋼板等のコイル巻回鉄芯を有しない、所謂コアレス型の多相交流リニアモータの場合のものであるが、後述本発明の実施には一部または全部がコイル巻回鉄芯を使用した有磁芯型のリニアモータを使用するようにしてもよく、また、図示説明のものは、励磁コイルを有する１次側を固定した固定子、磁石片を列設したヨーク鉄芯の２次側を可動子とした場合のものしか示していないが、一部または全部のものを慣用のように上述とは逆の１次側の励磁コイル側を可動子とする構成配置としてもよい。
【００１１】
図２は後述する本発明の送り装置に用いる移動体駆動装置の一実施例の平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う一例の左側断面図、また図４は図２のＢ−Ｂ線側方から見た一部透視側面図であり、図５及び図６は、移動体駆動装置に用いられるコアレス多相交流リニアモータを形成する永久磁石を配置した可動子とコアレスコイルを配置した固定子の各一例示の構成を示す斜視説明図である。
【００１２】
図５及び図６において、図５の可動子１が、リニアモータの当該可動子１の移動方向２に長尺で、平行に板状体のコアレスコイル３を挿入する間隔を置いて相対向する一対の板状体ヨーク４Ａ、４Ｂと、移動方向の両端において両板状体ヨーク４Ａ、４Ｂを結合するサイドヨーク５Ａ、５Ｂを有し、側方から見て、図５の場合上または下から見て、移動方向に長尺ロの字状に貫通した枠状体から成り、前記板状体ヨーク４Ａ、４Ｂの各対向面には、夫々永久磁石片６Ａ−１、６Ａ−２、・・・６Ａ−ｉ・・・６Ａ−ｎ、６Ｂ−１、６Ｂ−２、・・・６Ｂ−ｉ、・・・６Ｂ−ｎが、移動方向に順次に異極となるように列設されていて、移動方向に細幅の磁気ギャップ６を形成している。
【００１３】
之に対し、前記磁気ギャップ６に両側に略等しい微小間隔を置いた状態に挿通されてギャップと直角方向に相対移動する板状体のコアレスコイル３は、移動方向の両端に必要に応じて設けられるエンドプレート３Ａ、３Ｂと、該エンドプレート３Ａ、３Ｂの両端間を結合する一対のコイルベース３Ｃ、３Ｄによって囲み形成された板状部に、前記少なくとも一方のコイルベース３Ｃ、またはさらにエンドプレート３Ａ、３Ｂ間に掛け渡して設けられた反磁性、常磁性、または非磁性体からなるコイル設置枠７に、単線を中空孔８を有せしめて所定数集中巻きして成り、略扁平状に成形した各相のコイル３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ、３Ｕ，・・・が、移動方向に順次に配列するように、また、図示した図６の場合重ね巻きにした状態で板状体に成形され、全体または少なくとも前記各相のコイル３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ・・・部分を包むように、例えば、エポキシ樹脂モールドして、前記各エンドプレート３Ａ、３Ｂおよび両端縁のコイルベース３Ｃ、３Ｄと一体に固着されている。
【００１４】
前記各相のコイル３Ｕ、３Ｖ、３Ｗは、例えば、φ０．４４ｍｍの単線を、前記中空孔８に相当する断面１７×５０ｍｍの仮巻枠に、幅４ターン（約２ｍｍ幅）で、１９層（７６ターン）にわたり集中巻きしたものを、前記仮巻枠から抜き出すことにより製作されるもので、該コイルを各相少なくとも各１個の１セット、通常例えば９個の如く３セットを前述及び図６に一部示したように、両端エンドプレート３Ａ、３Ｂ間に掛け渡して設けられた板状の非磁性体のコイル設置枠７に、移動方向に順次に重ね巻き状になるように中空孔８に挿通して配置し、各コイル３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ、・・・のリード線は、例えば、一方のコイルベース３Ｃに設けたケーブル引出し口３Ｌより引き出されるものである。
【００１５】
また、前記板状のコイル設置枠７としては、図示のものの場合コアレスコイル３側が固定子３である所から、材料的には、前述反磁性、常磁性、または非磁性体であれば良く、所定強度のあるエンジニアリングプラスチックや高強度および耐熱性の酸化物系または非酸化物系のセラミックス等を使用し得るものの、高負荷での使用を性能良く繰り返し作動させるには、常磁性のＡｌまたはＡｌ合金、反磁性のＣｕまたはＣｕ合金、或いは極非磁性のオーステナイト系の高耐蝕性ステンレス鋼を用いて、冷却手段や冷却構成を付設または内設し得るようにすることが望ましい。しかして、斯種の多相交流コアレスリニアモータについては、例えば、実開平６−６２７８６号公報や特開平１０−２３７３５号公報などにより既に知られているので、さらなる詳説は不要と考えられるので省略する。
【００１６】
図２乃至図４において、コアレスコイル３−１、板状体ヨーク４Ａ−１、４Ｂ−１、及び永久磁石片６Ａ−ｉ、６Ｂ−ｉとから成る、前述図５の可動子１と、図６の固定子３との組み合わせの如き第１の移動体駆動の交流コアレスリニアモータと、コアレスコイル３−２、板状体ヨーク４Ａ−２、４Ｂ−２、及び永久磁石６Ａ−ｉ、６Ｂ−ｉとから成る前記第１の移動体駆動のリニアモータのものと同様な、後述のカウンタ移動体を駆動する交流コアレスリニアモータとの２個のリニアモータを図示例示の場合両者の移動方向を平行にして、上下に微小間隔（０．５ｍｍ前後）を隔てて積層または並置した状態で軸移動の方向と直角方向の断面がコの字状で、上下が開放した状態に形成された基台または機枠９に以下のようにして取り付けられている。
【００１７】
前記機枠９は、図示実施例の場合、移動方向に可動子１の移動限界長さをカバーする程度の長さを有する基台または定盤９Ａと、前記移動方向の中央部に移動方向と直角方向に間隔を置いて固定して設けられた一対の側壁９Ｂ、９Ｃとから構成されている。そして、前記第１の移動体駆動のリニアモータ及びカウンタ移動体駆動のカウンタリニアモータの各リニアモータの固定子のコアレスコイル３−１、３−２の移動方向と直交する方向の両端縁部のエンドプレート３Ａ、３Ｂとコイルベース３Ｃ、３Ｄ部が、前記両側壁９Ｂ、９Ｃから夫々対向方向に延出して設けられた固設杆９Ｄ、９Ｅにしっかりと固定保持されている。
【００１８】
また、磁気ギャップ６−１、６−２を形成する磁石片と板状体ヨーク４Ａ−１、４Ｂ−１、４Ａ−２、４Ｂ−２及びサイドヨークから成る可動子、または、該可動子のヨーク補強用に設けられた断面板状乃至コの字状の可動子枠体１０Ａ−１、１０Ａ−２を介し、前記機枠９の相対向する側壁９Ｂ、９Ｃに、移動方向に沿って設けた直線案内装置１１により案内保持されている。そして、図示例示の場合は、下側のカウンタリニアモータが、定盤９Ａ表面と微小間隔を隔てた状態で、移動方向に伸びるように可動子枠体１０Ａ−２の両端側壁に設けた直線案内のレール１１ＡＬ−２、１１ＢＬ−２と、機枠９の側壁９Ｂ、９Ｃの下方に移動方向に間隔を置いて２個以上設けた直線案内の軸受１１ＡＢ−２、１１ＢＢ−２との間で案内保持されていて、この可動子枠体１０Ａ−２と、磁石片６Ａ−ｉ、６Ｂ−ｉ、板状ヨーク４Ａ−２、４Ｂ−２、及び図示しないサイドヨークとから成る可動子がカウンタ移動体を構成しており、かかる構成は上方側の第１の移動体及びそのリニアモータも同様で、カウンタリニアモータに向かい合うような構成、配置でその可動子がコアレスコイルの固定子に対するように側壁９Ｂ、９Ｃに案内保持されていること当然である。
【００１９】
この移動体駆動装置の場合、工作機械などのベッド、コラム、または機枠等の固定部に対して取り付け固定される機枠９にセンサなどの検出器１２Ａに対し、上方側の一のリニアモータを図示の上下に替えて水平方向に並設した横向きに立てた状態の設置とすることができる。また、この移動体駆動装置を工作機械の加工ヘッドや加工主軸の垂直軸に平行な送りに使用する場合には、移動方向を縦に立てた状態に取り付け使用されること当然である。
【００２０】
１２は直線位置検出装置で、移動体駆動装置を構成する一対のリニアモータの、上方側の第１のリニアモータのコアレスコイル固定子、図示の場合一方の固設杆９Ｅにセンサ等の検出器１２Ａを、可動子、図示の場合ヨーク鉄芯４Ｂ−１に直線スケール１２Ｂを移動方向に設けたもので、下側のカウンタリニアモータに同様に設けた位置検出装置は図示では省略してあり、各固定子に対する可動子の移動位置を検出して、両リニアモータの図示しない各駆動制御装置に検出信号をフィードバックして駆動を同期して制御、後述するように、通常逆向きに同期して移動するように構成され、上方側の加工ヘッドや加工主軸を取り付けた第１のリニアモータ駆動による反力を、下側カウンタリニアモータの反対方向同期駆動により相殺して、防振するものである。この場合、上方側のリニアモータの直線位置検出装置を高い分解能（例えば、下側用０．２μｍに対して０．１μｍ）のものを使用するのが好ましい。
【００２１】
しかして、かかる構成の移動体駆動装置は、後述する本発明の場合には、移動軸を鉛直に立てて使用するのであるが、小型精密級の工作機械の加工ヘッドや加工主軸と対向する水平方向のベッド上等の固定部に、上記移動体駆動装置の機枠９をリニアモータの可動子の移動方向を水平方向の所要の一軸と平行にして取り付け、一軸加工テーブル駆動装置などとして使用する場合には、載物台などを取り付けるテーブルを可動子枠体１０Ａ−１に設けるか、該枠体に兼用させるものである。
【００２２】
また、以上の如き移動体駆動装置によれば、可動子の移動に対して干渉する磁気吸引力が無く、またコギングの少ない多相交流コアレス型のリニアモータを使用し、そして一対の第１のリニアモータ及びカウンタリニアモータ間の駆動時の反作用力の発生位置が移動しない一定の位置となるように磁石片を取り付けたヨーク鉄芯を可動子、即ちコアレスコイル側を固定子とする方式とし、かつその際第１及びカウンタのリニアモータの各コアレスコイルの固定子３−１、３−２を相互により近い位置にある配置構成として偶力の発生を押さえ、さらにリニアモータ自体もモーメント荷重の少ない構造で、取り付ける加工ヘッドや加工主軸を含む可動子側の質量を出来るだけ小さくするよう可動子枠体１０Ａ−１、１０Ａ−２や加工テーブルとして、軽金属・合金、酸化物系や非酸化物のセラミックス、各種の強化プラスチック、あるいは軽金属とセラミックスとの複合材などを使用するものである。そしてまた、軸移動により発生する力のうちに、レールと軸受との組合わせからなる各直線案内装置に、案内方向と垂直方向に作用する力が無いか、出来るだけ小さくなるように構成されているものである。
【００２３】
図７及び図８は、既述の如き反作用相殺による振動防止型の移動体駆動装置を、高加速、高速度での高速加工を目的とした卓上型等の小型精密マシニングセンタのＺ軸コラムの加工主軸とベッド上のＸＹ水平２軸の３軸全部の送り装置に適用した場合の、位置決め移動制御装置の適用が好適な一実施例の機械構造を説明するためにカバーを取り外して示した正面図と側面図で、例えば、全重量大凡５００ｋｇ、大きさＷ５００×Ｌ６５０×Ｈ９００ｍｍ、Ｘ軸、５００Ｎ／１５ｋｇ＝３．３Ｇ、ストロークは、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸共に約１００ｍｍで、最大加工物重量４ｋｇ、主軸ユニット重量５ｋｇ以内とし、全軸夫々１．５Ｇの移動とした時の機械変位を大凡３μｍ以内にせんとするものである。
【００２４】
図において、２０は基盤ベッドで、該ベッド２０に立てられた枠組みの機枠２１によってコラム２２が保持されている。コラム２２上部には、移動方向の一方の端部に、第１のリニアモータ２３Ａとカウンタリニアモータ２３Ｂの各移動体の端部間を連結した金属ベルトなどの索条２３Ｄを掛け渡すカウンタプーリ２３Ｃを設けた加工主軸２４の送り装置２３が、前記索条２３Ｄ及びカウンタプーリ２３Ｃを設けた側を上側として取り付けることによりカウンタ移動体２３Ｂを第１の移動体２３Ｂのカウンタウエイトとして機能させ、駆動による移動作動の出力側である第１のリニアモータ２３Ａ側の図示しない可動子を含む第１の移動体には加工主軸２４が取り付け保持されている。なお、図示の場合、前記カウンタプーリ２３Ｃは、送り装置２３の機枠ではなく、該機枠を介して送り装置２３を取り付けた工作機械の固定部、図示の場合コラム２２に取り付け、カウンタプーリ２３Ｃの軸に作用する応力が、送り装置２３の機枠など、延いては直線案内装置に作用しないように配置されている。
【００２５】
これに対する水平面上のＸＹクロステーブルの場合、従来は、水平な基盤ベッド２０上に、移動方向の両端に対向する機枠に夫々図示しないカウンタプーリを設け、該各カウンタプーリに夫々の側で相対する第１のリニアモータ２５Ａ、とカウンタリニアモータ２５Ｂの端部間を、前記夫々の側のカウンタプーリを介して掛け渡した索条により夫々連結した構成の第１の移動体駆動装置２５が、駆動移動の出力側である第１のリニアモータ２５Ａ側を上にして載置、または必要に応じ取り付け固定する構成が採られていたが、この構成では第１のリニアモータ２５Ａをカウンタリニアモータ２５Ｂとが、ベルト結合により実質上一体で、同一移動量の移動で直線位置検出装置が１個で良いものの、前述した移動速度特性の重量補償が出来ず、反作用相殺が不充分であった。
【００２６】
即ち、前記第１の移動体駆動装置２５の軸移動の方向を、水平方向の１軸、例えばＹ軸とすると、該第１の移動体駆動装置２５の駆動移動の出力側であって、図示の実施例で上側に位置する第１のリニアモータ２５Ａの図示しない第１の移動体である可動子枠体上には、Ｘ軸に移動する第２の、前述の如きカウンタプーリが設けられていないベルト非結合形のもう１つの移動体駆動装置２６が取り付けられ、またこの第２の移動体駆動装置２６の駆動移動の出力側である、図示の場合上側である第１のリニアモータ２６Ａの図示しない可動子枠体などの上には、工作物等を載置固定する加工テーブル２７などが設けられるわけで、この第１の移動体駆動装置２５の、第１のリニアモータ２５Ａが駆動する第１の移動体と、カウンタリニアモータ２５Ｂが駆動するカウンタ移動体との重量比は、数倍または、それ以上に及ぶこともある大きなものである。
【００２７】
従って、この前記第１及び第２の移動体駆動装置２５、２６に於いては、各第１の移動体２５Ａ、２６Ａとカウンタ移動体２５Ｂ、２６Ｂ間のベルト結合を止め、出力側の各第１の移動体を駆動する各第１のリニアモータ２５Ａ、２６Ａの位置検出駆動に対して、反作用打消し側の各カウンタ移動体を同期駆動する各カウンタリニアモータ２５Ｂ、２６Ｂの駆動を、前述重量補償信号により行なうことにより解決されるものである。
【００２８】
之に対し、加工主軸の鉛直方向送り装置である移動体駆動装置２３の場合、加工主軸２４を送り駆動する第１のリニアモータ２３Ａによる駆動送りは、第１の移動体と言う質量体に対し、重力の加勢を得ての駆動と逆らっての送り駆動であるから、前記後者の重力に逆らう第１の移動体引き上げの送り駆動が、より円滑に行なわれるようカウンタ移動体をカウンタウェイトとすべく、滑車２３Ｃを用い、索条２３Ｄで連結する構成が必要とされるものである。
【００２９】
図９は、斯種第１の移動体駆動装置２３に対する従来例の送り駆動回路の例を示すもので、第１のリニアモータ２３Ａ及びカウンタリニアモータ２３Ｂに対する制御方式は、何れも、位置に関するクローズループのフィードバック制御で、カウンタリニアモータ２３Ｂに対する制御装置からの位置指令が、加工主軸等を有する第１の移動体（Ｍ１）とカウンタウェイトの第２の移動体（Ｍ２）間の重量比に基づく重量比補償（補償係数Ｍ１／Ｍ２＝Ｋ）が、重量比補償部２９で為された位置指令信号と、該位置指令以前迄の位置指令に基づき作動したカウンタリニアモータ２３Ｂによって位置送りされた現在位置を、位置検出装置２３ＥＢで検出した現在位置の検出フィードバック信号との差である位置偏差を位置制御部３０に入力し、演算処理し、速度指令を生成させるものである。
【００３０】
そして、上記以後の駆動回路の構成、作動は従来周知のものと同一で、前記速度指令と、前記フィードバック位置信号から生成された速度信号との差による速度偏差を速度制御部３１Ｂに入力し、所要の演算処理をして電流指令を生成、出力させ、次いで、該電流指令と、サーボアンプ３３Ｂからカウンタリニアモータ２３Ｂに出力した駆動電流の検出フィードバック信号との差による電流偏差を電流制御部３２Ｂに入力し、演算処理されて、サーボアンプ３３Ｂからカウンタリニアモータ２３Ｂに所要の駆動電流を出力させ、指令位置への移動を実行させるものである。
【００３１】
そして、かかる位置に関するクローズループのフィードバック制御の回路構成及び制御の態様は、第１のリニアモータ２３Ａ、即ち加工主軸等を有する第１の移動体２３Ａに対するものも、前記重量比補償の点を除き同一で、前記第１の移動体２３Ａとカウンタ移動体２３Ｂとは、金属ベルト等２３Ｄで連結して滑車２３Ｃにより移動方向を折り返しているため、図面上では相互に鉛直方向逆向きに同期して移動するが、両者は直列で同体的に移動しているものである。
【００３２】
しかしながら、既に述べたように、第１の移動体２３Ａの移動が、重力の方向と一致する移動である所から、カウンタ移動体２３Ｂをカウンタウェイトとしても作動させるために第１の移動体への連結が避けられず、その連結により直列で同一方向に移動するものの、その連結体は滑車による折り返しが必要なため、金属ベルト等の索条２３Ｄ、例えば、ＳＵＳ製平ベルト、高張力鋼線、又は高非伸長性のパラ系全芳香族ポリアミド繊維などから成る索条２３Ｄが使用されるが、之等は剛体ではなくばねとして作用し、第１のリニアモータ２３Ａとカウンタリニアモータ２３Ｂの各駆動制御回路のお互いのフィードバック制御系に振動的な作用を及ぼし、夫々のモータのゲイン（電気的剛性）が上らず、モータの性能を生かし切れず、振動が発生し、目的が達成されないものであった。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
前述の本発明の目的は、（１）基台または基台に取り付けた機枠に対し鉛直方向の一軸に沿って往復移動可能に取り付けられた加工ヘッドまたは加工主軸を有する第１の移動体と、該第１の移動体を前記一軸に沿って往復移動させるリニアモータと、該リニアモータによる送りを、制御装置からの位置指令と位置検出装置からのフィードバック検出位置情報とにより前記一軸方向の位置決め送りとする送り制御回路と、前記第１の移動体の移動軸と平行に前記基台または機枠に設けたカウンタ軸に沿って往復移動可能に取り付けられたカウンタ移動体と、該カウンタ移動体をカウンタ軸に沿って往復移動させるカウンタリニアモータと、該カウンタリニアモータによるカウンタ移動体の送りを前記第１の移動体の送りに同期した逆向きの送りとするカウンタ駆動制御回路と、前記カウンタ移動体を第１の移動体に対してカウンタバランサとして機能させるよう両者を両端に連結した金属ベルトと、該金属ベルトを掛け渡した前記基台または機枠に取り付けた滑車とを備え、
前記第１の移動体を駆動するリニアモータの送り制御回路が制御装置からの位置指令と移動体の位置検出装置からの検出位置にフィードバック信号とを、位置制御部と速度制御部と電流制御部とにより処理して前記リニアモータに駆動電流を供給し、位置決め移動させる制御回路であって、
前記カウンタ移動体を駆動するカウンタリニアモータの駆動制御回路が、電流指令変化率計算部とトルク変換制御部と電流制御部とを備え、前記電流指令変化率計算部が前記速度制御部からサンプリンタイム毎に順次に出力する電流指令を逐次計算することにより求められ、該求めた電流指令変化率をトルク変換して電流制御部に電流指令を与えて駆動電流を出力し、前記カウンタリニアモータのトルク制御をすることにより達成される。
【００３４】
また、前述の本発明の目的は、（２）基台または基台に取り付けた機枠に対し鉛直方向の一軸に沿って往復移動可能に取り付けられた加工ヘッドまたは加工主軸を有する第１の移動体と、該第１の移動体を前記一軸に沿って往復移動させるリニアモータと、該リニアモータによる送りを、制御装置からの位置指令と位置検出装置からのフィードバック検出位置情報とにより前記一軸方向の位置決め送りとする送り制御回路と、前記第１の移動体の移動軸と平行に前記基台または機枠に設けたカウンタ軸に沿って往復移動可能に取り付けられたカウンタ移動体と、該カウンタ移動体をカウンタ軸に沿って往復移動させるカウンタリニアモータと、該カウンタリニアモータによるカウンタ移動体の送りを前記第１の移動体の送りに同期した逆向きの送りとするカウンタ駆動制御回路と、前記カウンタ移動体を第１の移動体に対してカウンタバランサとして機能させるよう両者を両端に連結した金属ベルトと、該金属ベルトを掛け渡した前記基台または機枠に取り付けた滑車とを備え、
前記第１の移動体を駆動するリニアモータの送り制御回路が、制御装置からの位置指令と位置検出装置からのフィードバック位置信号とから得られる位置偏差により演算して速度指令を出力する位置制御部と、
前記速度指令と前記フィードバック位置信号からの速度信号とにより得られる速度偏差により演算して電流指令を出力する速度制御部と、前記電流指令により演算してリニアモータにサーボアンプから駆動電流を出力させる電流制御部とを有し、
さらに、前記カウンタ移動体を駆動するカウンタリニアモータの駆動制御回路が、前記速度制御部からサーボ制御の１ループの処理を繰り返すサンプリングタイム毎に出力する電流指令を遂次演算して電流指令変化率を出力する電流変化率計算部と、該電流指令変化率を前記第１の移動体とカウンタ移動体間の重量比で補償する重量比補償部と、該重量比補償された電流指令変化率信号により演算して電流指令を出力するトルク変換制御部と、該出力電流指令により演算してカウンタリニアモータにサーボアンプからトルク制御の駆動電流を出力させる電流制御部を有することを特徴とする精密加工装置の送り装置とすることにより達成される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は、前述加工主軸の鉛直方向送り装置である第１の移動体駆動装置２３に対する本発明の一実施例の駆動制御回路図で、加工主軸を有する第１の移動体を駆動する第１のリニアモータの駆動制御回路は、前述図９の従来例のものと同一であるのに対し、該第１のリニアモータ２３Ａの駆動の反力により発生する振動を相殺して、振動のない防振形の前記第１の移動体駆動装置を構成させるカウンタ移動体駆動のカウンタリニアモータ２３Ｂは、位置制御方式ではないトルク制御方式のオープンループ制御方式で、第１のリニアモータ２３Ａの位置制御駆動の反力を相殺するものである。
【００３６】
勿論前記カウンタリニアモータ２３Ｂに与えられる電流によって駆動され、発生するトルクは、第１のリニアモータ２３Ａの駆動により発生する反力の大きさ及び時間的発生特性に相応したものであることが必要であり、このため前記カウンタリニアモータ２３Ｂの送り制御回路は、前記第１のリニアモータ２３Ａ側の駆動制御回路の前記速度制御部３１Ａから、制御装置から位置指令が入力するサーボ制御の１ループの処理を繰り返すサンプリングタイム（０．５〜２０ｍｓ程度、例えば１０ｍｓ）毎に、電流指令出力を取り込んで電流指令変化率計算部３４に電流変化率（Ｉｉ−１−Ｉｉ＝Ｉｎ）を逐次に計算して出力させるようにするものである。
【００３７】
そして、ここで前述の如き第１の移動体２３Ａとカウンタ移動体２３Ｂとの間で、送り移動の制御に際し、両者間の重量比による補償が必要な場合には、重量比補償部３５で補償処理をした信号（Ｉｎ×Ｋ）を造り、この補償済み信号をトルク変換制御３６により、所定のトルクを生ぜしめる電流指令を生成して次段の電流制御部３２Ｂに出力させ、前記電流指令により演算してカウンタリニアモータ２３Ｂにサーボアンプ３３Ｂから所定のトルクを生成させる駆動電流を出力させる。
【００３８】
この場合、前記サーボアンプ３３Ｂから、カウンタリニアモータ２３Ｂに供給されるトルク生成の駆動電流値が、前記電流指令に応ずるものとするために検出フィードバックして、電流制御部３２Ｂに入力する電流偏差を制御しているが、カウンタリニアモータ２３Ｂの位置についてはオープンループ制御で、フィードバック制御をすることなく、第１のリニアモータ２３Ａの駆動により発生した反力を相殺するに見合うトルクを発生させるようにカウンタリニアモータ２３Ｂを駆動することにより振動の発生を防止しているものである。
【００３９】
前記第１のリニアモータ２３Ａによる加工主軸等を取り付けた第１の移動体の送り移動の態様は、停止状態に在って位置指令を受け、動き出して後前記指令位置に位置決め停止する迄をその移動の態様とすると、停止状態から或る所定の速度での移動に到る迄の間は、通常或る設定された一定の加速度で加速をし、通常所定の加速期間の後、前記所定の速度に到達して該速度での等速移動に移行し、次いで前記指令位置に到達停止するために、所定の手前の位置から所定の減速状態に移行して、通常所定の減速期間の後前記し指令位置に停止するものである。
【００４０】
【発明の効果】
そしてみると、前述本発明に依れば、前記第１のリニアモータ２３Ａの加速期間と減速期間の間に速度制御部３１Ａから出力する電流指令は、通常所定の割合での増又は減の状態にあって、電流指令変化率計算部３４から、その変化率の信号が逐次得られ、変化率に応じたトルクをカウンタリニアモータ２３Ｂに発生させる駆動電流を、電流制御部３２Ｂがサーボアンプ３３Ｂに出力させるよう、該電流制御部３２Ｂに電流指令をトルク変換制御部３６から供給しているので、第１のリニアモータ２３Ａの加減速時に生ずる反力を確実に相殺して振動の発生を防止し、位置決め精度及び位置決め速度が向上し、微細、精密加工を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の送り装置の一実施例の駆動制御回路図。
【図２】本発明の送り装置に用いる一例の移動体駆動装置の平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う左側面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線側方から見た一部透視側面図。
【図５】図２〜４に図示した多相交流リニアモータの永久磁石を配置した可動子の斜視図。
【図６】同じくコアレスコイルを配置した固定子の斜視図。
【図７】図２〜４に示した移動体駆動装置を送り装置として組み込んだ工作機械の例を示す正面図。
【図８】同じく側面図。
【図９】図２〜４に示した移動体駆動装置に対する従来例の送り駆動回路図。
【符号の説明】
１  可動子
２  移動方向
３  固定子
３Ａ、３Ｂ  エンドプレート
３Ｃ、３Ｄ  コイルベース
３Ｌ  引出口
３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ  各相のコイル
４Ａ、４Ｂ  板状体ヨーク
５Ａ、５Ｂ  サイドヨーク
６、６−１、６−２  磁気ギャップ
６Ａ−１、６Ａ−２、・・・６Ａ−ｉ、・・・６Ａ−ｎ  永久磁石片
６Ｂ−１、６Ｂ−２、・・・６Ｂ−ｉ，・・・６Ｂ−ｎ  永久磁石片
７  コイル設置枠
８  中空孔
３−１、３−２  コアレスコイル
４Ａ−１、４Ｂ−１、４Ａ−２、４Ｂ−２  板状体ヨーク
９  機枠
９Ａ  定盤
９Ｂ、９Ｃ  固定杆
１０Ａ−１、１０Ａ−２  可動子枠体
１１  直線案内装置
１１ＡＬ−２、１１ＢＬ−２  案内レール
１１ＡＢ−２、１１ＢＢ−２  軸受
１２  直線位置検出装置
１２Ａ  検出器
１２Ｂ  直線スケール
２０  ベッド
２１  機枠
２２  コラム
２４  主軸
２５、２６、２３  第１、第２、及び第３の各移動体駆動装置
２３Ａ，２５Ａ，２６Ａ  第１のまたは出力側リニアモータ
２３Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂ  カウンタリニアモータ
２３Ｃ  カウンタプーリ
２３Ｄ  索条
２７  加工テーブル
２９、３５  重量比補償部
３０Ａ，３０Ｂ  位置制御部
３１Ａ，３１Ｂ  速度制御部
３２Ａ，３２Ｂ  電流制御部
３３Ａ，３３Ｂ  サーボアンプ
３４  電流指令変化率計算部
３６  トルク変換制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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